美信檢測  失效分析實驗室

1. 案例背景

失效樣品為某汽車接地線束的固定端子，生產(chǎn)流程為：原料銅管→裁剪→沖壓成型→表面鍍錫→裝配→振動試驗（19萬次）→斷裂；其可靠性測試中6個成品經(jīng)振動試驗19萬次后其中一個斷裂，委托方要求分析該斷裂失效端子的失效機理，并給出改進建議。

2. 分析方法簡述

外觀檢查中可觀察到失效樣品斷裂的2部分能無縫對接，斷裂位置在沖壓形成的臺階折線處。 

將失效樣品斷口用超聲波清洗干凈，然后在SEM下放大觀察斷口形貌，高倍下發(fā)現(xiàn)斷口存在明顯的疲勞條帶；低倍下觀察到斷口兩側(cè)低中間高，為兩側(cè)先開裂再向中間擴展形成的中間凸起斷口形貌，結(jié)合據(jù)委托方提供的樣品振動19萬次后斷裂信息，判斷樣品為雙向高周疲勞斷裂模式。

失效樣品先去鍍層，再進行化學(xué)成分分析，結(jié)果表明失效樣品材質(zhì)為純銅，材料不存在異常。

失效樣品和正常樣品分別鑲樣，進行金相分析，失效樣品腐蝕前金相觀察未發(fā)現(xiàn)明顯缺陷，腐蝕后可觀察到大變形區(qū)域的纖維狀α相，小變形量區(qū)域為α相組織，伴有較多孿晶；正常樣品腐蝕前金相觀察發(fā)現(xiàn)樣品表面的折彎處存在微裂紋，裂紋填充滿錫，推斷裂紋為冷加工成型造成的，腐蝕后可觀察到金相組織為α相組織，伴有較多孿晶。

3. 分析與討論

從斷口分析可知，樣品斷口形貌主要為高周期疲勞斷裂特征，根據(jù)客戶提供的震動試驗資料，樣品試驗過程是振幅為12mm左右的周期振動，19萬次后斷裂，符合低應(yīng)力高疲勞周期的雙向高周疲勞斷裂特征，兩側(cè)裂紋無錫填充，說明為鍍錫后開裂，為冷機加工造成應(yīng)力折疊形成的開裂。

從化學(xué)成分可知失效樣品的銅含量在99.99%，材質(zhì)為純銅，材料不存在異常。

從金相圖片可知，失效樣品與正常樣品的金相組織都為α相組織，伴有較多孿晶，為冷機加工殘留內(nèi)應(yīng)力較大的特征；正常樣品可觀察到填充錫的微裂紋，為冷機加工缺陷，這些表面微裂紋可能會成為開裂源。

4. 結(jié)論

樣品失效的主要原因為沖壓成型形成的臺階折彎處變形量大，伴有大量殘余應(yīng)力，在交替循環(huán)彎曲應(yīng)力作用下成為開裂源繼而斷裂，為雙向高周疲勞斷裂模式；高周疲勞斷裂一般為偶然現(xiàn)象，不會存在大批量問題。

建議：添加退火熱處理工藝，消除冷機加工內(nèi)應(yīng)力。

5. 參考標準

GB/T 1814-1979 鋼材斷口檢驗法。

JY/T 010-1996 分析型掃描電子顯微鏡方法通則。

GB/T 13298-1991 金屬顯微組織檢驗方法。

GB/T 20123-2006 鋼鐵 總碳硫含量的測定 高頻感應(yīng)爐燃燒后紅外吸收法(常規(guī)方法)。

GB/T 5121.27-2008 銅及銅合金化學(xué)分析方法 第27部分 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法。

*** 結(jié)束 ***

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